JP5197106B2

JP5197106B2 - ハロゲン化フタル酸化合物の製造法

Info

Publication number: JP5197106B2
Application number: JP2008093287A
Authority: JP
Inventors: 彰近伊藤; 教浩多田
Original assignee: Ihara Nikkei Chemical Industry Co Ltd; Nagoya Industrial Science Research Institute
Current assignee: Ihara Nikkei Chemical Industry Co Ltd; Nagoya Industrial Science Research Institute
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009242338A

Description

この発明は農薬、医薬、高分子原料として有用なハロゲン化フタル酸化合物の製造方法に関する。

ハロゲン化フタル酸化合物を製造するには、相当するハロゲン化キシレン化合物を酸素または金属酸化剤を用いて酸化する方法が知られている。例えば、（１）３−クロロオルトキシレンまたは４−クロロオルトキシレンにコバルトを含む触媒存在下で高温条件で酸素酸化する方法（非特許文献１、非特許文献２参照）、（２）過マンガン酸カリウムにより酸化する方法（非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５参照）である。（３）無水フタル酸またはフタル酸を塩素化する方法（特許文献１、非特許文献６参照）も知られている。
一方、臭素化合物と光の存在下にトルエン化合物を酸素により酸化し、安息香酸化合物を製造する方法も知られている。（特許文献２、非特許文献７、非特許文献８、非特許文献９参照）。

特開平７−１０９２４５号公報特開２００６−１５１８５３号公報ＨｕａｇｏｎｇＪｉｎｚｈａｎ，２００３年２２巻４０１頁ケミカルアブストラクト１４１巻，２６２３４３ＲｕｓｓｉａｎＪ．Ｇｅｎ．Ｃｈｅｍ．，２００６年，７６巻，６６３頁．ＲｕｓｓｉａｎＪ．Ｇｅｎ．Ｃｈｅｍ．，２００６年，７６巻，８８５頁．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９８７年，５２巻，１２９頁Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，１９２１年，１１９巻，１７８６頁Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，２００６年、１７５７頁Ｓｙｎｌｅｔｔ，２００５年、２１０７頁Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．Ｓｃｉ．，２００７年、６巻、５２１頁

しかしながら、（１）の方法は高温反応であるので、危険を伴う特殊な設備を必要とし、（２）の方法は大量の金属廃棄物が生じるという欠点がある。（３）の方法は、塩素の位置異性体、過塩素化物が生成するために分離が困難である。また、臭素と光の存在下に酸素で酸化する方法の非特許文献７には、トルエン化合物の酸化を主として例示しているが、１例だけパラキシレンを基質に用いた結果が記載されている。しかし、０．２当量の臭化水素酸の存在下で行った場合、テレフタル酸は３９％と低収率であり、臭化水素酸を０．４当量としても目的のテレフタル酸がわずか５２％であり、複雑な副生成物が混在することが記載されている。よって、この条件でハロゲン化キシレン化合物に適用しても、分離操作が複雑となり、収率良くハロゲン化フタル酸化合物を得ることは困難であると予想される。
以上のように、工業的にハロゲン化フタル酸化合物を製造するには多大の困難を伴っていた。

本発明者らは上記課題を解決する方法を鋭意検討した結果、意外にも反応基質にハロゲン化キシレン化合物、とりわけクロロオルトキシレンを用い、臭素原子を含む化合物の触媒量の存在下、酸素または空気により光照射すると室温で収率よく、ハロゲン化フタル酸化合物を得ることができることを見出し、この知見に基づき本発明を完成した。

即ち、本発明は、
（１）下記一般式（１）で表されるハロゲン化キシレン化合物を、臭素原子を含む化合物の存在下紫外光または可視光の照射下、酸素または空気により酸化することを特徴とする、下記一般式（２）又は（３）で表されるハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、

（Ｘはハロゲン原子を示し、ｎは１または２を表す。）

（Ｘ，ｎは前記と同じ意味をもつ。）
（２）紫外光または可視光が２５０〜５００ｎｍの波長の光を含む（１）記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、
（３）酸素または空気が１〜２気圧である（１）又は（２）に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、
（４）溶媒に酢酸エチルまたは酢酸を用いる（１）〜（３）のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、
（５）臭素原子を含む化合物が臭化水素酸またはその塩である（１）〜（４）のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、
（６）臭素原子を含む化合物が四臭化炭素、または臭素、または臭素水である（１）〜（４）のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、
（７）一般式（１）で表される化合物が３−クロロオルトキシレンである（１）〜（６）のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法、及び
（８）一般式（１）で表される化合物が４−クロロオルトキシレンである（１）〜（６）のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法
を提供するものである。

本発明方法によれば、ベンゼン環上にハロゲン原子が置換したハロゲン化フタル酸化合物を温和な反応条件下で、高収率で得ることができる。

本発明で用いられる一般式（１）で表される化合物において、ベンゼン環上の置換基の置換位置に限定はないが、特に２つのメチル基がオルト位にあると反応が短時間で収率良くジカルボン酸化合物に変換することができる。本発明においては、無水条件下での反応では一般式（３）の無水フタル酸化合物が主に得られ、臭素原子を含む化合物が水溶液の場合には一般式（２）で表される化合物と一般式（３）の無水フタル酸化合物の混合物が得られるが、いずれの場合においても単離のための後処理工程で一般式（２）で表される化合物に収束する。

Ｘで表されるハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子のいずれでもよく、合成する目的化合物に応じて選ぶことができる。いずれでも良い場合は安価な塩素原子が好ましい。
触媒として用いる臭素を含む化合物としては、臭素イオンまたは臭素ラジカルを発生するものであれば良く、臭化水素酸水溶液、臭化水素酸酢酸溶液、臭化水素酸メタノール溶液などが例示できる。また、臭化水素酸の塩、例えば臭化マグネシウム、臭化カリウム、臭化リチウム、臭化トリメチルシリルなどを用いることができる。テトラブチルアンモニウム＝ブロミド、テトラエチルアンモニウム＝ブロミド、テトラブチルホスホニウム＝ブロミド、テトラフェニルホスホニウム＝ブロミド等の第４アンモニウム塩、第４ホスホニウム塩を用いることができる。また、用いる光によって臭素イオンまたは臭素ラジカルを発生する有機化合物も好適である。たとえば、四臭化炭素、六臭化エタン、Ｎ−ブロモサクシンイミド、ベンジルブロミドおよびその化合物、臭素、臭素水などが挙げられる。その使用量は酸化されるメチル基に対して０．０５から０．６当量、好適には０．１５から０．４当量用いると短時間で収率良く反応が完結する。

用いる光は紫外光、可視光、太陽光のいずれでも良いが、短時間で収率良く目的物を得るためには、好ましくは２５０〜５００ｎｍ、特に好ましくは３００〜４００ｎｍの波長を含む光であることが好ましい。本発明において反応雰囲気は、酸素または空気は常圧、加圧のいずれでも良いが１気圧の酸素または空気で十分に反応が進行する。反応温度は０〜８０℃、好ましくは室温（２０〜２５℃）〜６０℃、さらに好ましくは２０〜２５℃付近で反応を行うことができる。反応時間は、反応スケール、反応温度などの条件により変化するが、好ましくは５〜４８時間、より好ましくは５〜２４時間で反応が完結する。本酸化反応は溶媒中または無溶媒で行うことができるが、溶媒を用いる場合には、反応条件下で変化しない溶媒なら用いることができるが、好ましくは酢酸エチル、酢酸、アセトニトリルの中から選ぶとスムーズに反応が進行する。
通常、当初反応に関与しないベンゼン環上のハロゲン原子が存在するだけで、ハロゲンを含まないパラキシレンの酸化とは変わらない結果が予想されるが、本発明において、ハロゲン化キシレン化合物での良好な結果は予想外である。

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが本発明はこれらに限定するものではない。
実施例１
５−ブロモメタキシレン（５５．５ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、酢酸エチル（５ｍｌ）、４８％臭化水素酸（臭化水素４８％の水溶液をいう。以下同様。）（６．８μｌ、０．０６ｍｍｏｌ）をパイレックス（登録商標）製試験管に入れ、酸素の風船を取り付け酸素雰囲気下、攪拌しながら、４００Ｗ高圧水銀ランプを用いて１５時間外部照射した。反応後、反応溶液を減圧留去し、ジエチルエーテルで希釈して分液ロートに移し、１０％水酸化ナトリウム水溶液を加えて抽出し、水層を分取した。３回抽出した水層を集め、６％塩酸（塩化水素６％の水溶液をいう。以下同様。）で酸性にした後、再度ジエチルエーテルで３回抽出し有機層を集めた。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、５−ブロモイソフタル酸（６３．２ｍｇ，８６％）を得た
^１ＨＮＭＲ（アセトン−ｄ_６） δ ８．６１（ｔ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，１Ｈ），８．３５（ｄ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，２Ｈ）

実施例２
２，５−ジクロロパラキシレン（５２．５ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、酢酸エチル（５ｍｌ）、４８％臭化水素酸（１３．６μｌ）をパイレックス（登録商標）製試験管に加え、酸素風船による酸素雰囲気下で、攪拌し、４００Ｗ高圧水銀ランプを用いて２４時間外部照射した。反応後、反応溶液を減圧留去し、ジエチルエーテルで希釈して分液ロートに移し、１０％水酸化ナトリウム水溶液を加えて抽出し、水層を分取した。３回抽出した水層を集め、６％塩酸で酸性にした後、再度ジエチルエーテルで３回抽出し有機層を集めた。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、２，５−ジクロロテレフタル酸（６９％）及び２，５−ジクロロパラトルイル酸（２５％）の混合物（６４．０ｍｇ）を得た。
２，５−ジクロロテレフタル酸：^１ＨＮＭＲ（アセトン−ｄ_６） δ ７．９９（ｓ，２Ｈ）
２，５−ジクロロ−ｐ−トルイル酸：^１ＨＮＭＲ（アセトン−ｄ_６） δ ７．８９（ｓ，１Ｈ），７．５２（ｓ，１Ｈ），２．４０（ｓ，３Ｈ）

実施例３
４−クロロオルトキシレン（４２．２ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、酢酸エチル（５ｍｌ）、４８％臭化水素酸（６．８μｌ、０．０６ｍｍｏｌ）をパイレックス（登録商標）製試験管に入れ、酸素を入れた風船を取り付けた。酸素雰囲気下、室温で攪拌し、４００Ｗ高圧水銀ランプを用いて１０時間外部照射した。反応後、反応溶液を減圧留去し、ジエチルエーテルで希釈して分液ロートに移し、１０％水酸化ナトリウム水溶液を加えて抽出し、水層を分取した。３回抽出した水層を集め、６％塩酸で酸性にした後、再度ジエチルエーテルで３回抽出し有機層を集めた。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し４−クロロオルトフタル酸（５１．２ｍｇ，８６％）を得た。このものを再結晶（アセトンーヘキサン）にて精製し、純品の４−クロロオルトフタル酸（４８．１ｍｇ，８０％）を得た。
^１ＨＮＭＲ（アセトン−ｄ_６） δ ７．８５（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，１Ｈ），７．７７（ｄ，Ｊ＝２．２Ｈｚ，１Ｈ），７．６５（ｄ，Ｊ＝８．３Ｈｚ，２．２Ｈｚ，１Ｈ）

実施例４
３−クロロオルトキシレン（４２．２ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、酢酸エチル（５ｍｌ）、４８％臭化水素酸（６．８μｌ、０．０６ｍｍｏｌ）をパイレックス（登録商標）製試験管に入れ、風船による酸素雰囲気下、室温で攪拌し、４００Ｗ高圧水銀ランプを用いて１０時間外部照射した。反応後、反応溶液を減圧留去し、ジエチルエーテルで希釈して分液ロートに移し、１０％水酸化ナトリウム水溶液を加えて抽出し、水層を分取した。３回抽出した水層を集め、６％塩酸で酸性にした後、再度ジエチルエーテルで３回抽出し有機層を集めた。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、３−クロロオルトフタル酸（４９．２ｍｇ，８２％）を得た。残渣を再結晶（アセトンーヘキサン）にて精製し、純粋な３−クロロオルトフタル酸（４５．０ｍｇ，７５％）を得た。
^１ＨＮＭＲ（アセトン−ｄ_６） δ ８．０１（ｄｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１．２Ｈｚ，１Ｈ），７．７４（ｄｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１．２Ｈｚ，１Ｈ），７．５８（ｔ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ）

実施例５〜８
実施例３の４８％臭化水素酸を他の臭素源に換えて４−クロロオルトキシレンの光酸化を同様に実施した。その結果を表１にまとめた。

実施例９〜１２
実施例４の４８％ＨＢｒ水溶液を他の臭素源に換えて３−クロロオルトキシレンの光酸化を同様に実施した。その結果を表２にまとめた。

実施例１３
実施例６の酸素風船を空気の風船に換えて、２４時間外部照射を行った以外は全く同様に反応させ、５２．３ｍｇ（８７％収率）の粗４−クロロオルトフタル酸を得た。再結晶を行い純品４３．８ｍｇを得た。

実施例１４
実施例９の酸素風船を空気の風船に換えて、２４時間外部照射を行った以外は全く同様に反応させ粗収率６４％収率で３−クロロオルトフタル酸を得た。

実施例１５
実施例６の４００Ｗ高圧水銀灯を２４ｗ蛍光ランプ４本に換えて、２４時間光照射した以外は全く同様に反応させ、粗収率８３％で４−クロロオルトフタル酸を得た。アセトンーヘキサンから再結晶を行い、純品の４−クロロオルトフタル酸を２９．４ｍｇ得た。

実施例１６〜２０
実施例３の４８％臭化水素酸の量を下記表３のように変えて、あとは全く同じ条件で反応を行った。１０時間後の４−クロロオルトフタル酸の単離収率を表３にまとめた。

比較例１
オルトキシレン（３１．８ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、酢酸エチル（５ｍｌ）、４８％臭化水素酸（６．８μｌ、０．０６ｍｍｏｌ）をパイレックス（登録商標）製試験管に入れ、酸素を入れた風船を取り付けた。酸素雰囲気下、室温で攪拌し、４００Ｗ高圧水銀ランプを用いて１０時間外部照射し反応させた。実施例３と同じように後処理を行ったところ、オルトフタル酸の収量は２２．９ｍｇ（粗収率４６％）であった。

Claims

下記一般式（１）で表されるハロゲン化キシレン化合物を、臭素原子を含む化合物の存在下紫外光または可視光の照射下、酸素または空気により酸化することを特徴とする、下記一般式（２）又は（３）で表されるハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。

（Ｘはハロゲン原子を表し、ｎは１または２を表す。）

（Ｘ，ｎは前記と同じ意味を表す。）
紫外光または可視光が２５０〜５００ｎｍの波長の光を含む請求項１記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。
酸素または空気が１〜２気圧である請求項１又は２に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。
溶媒に酢酸エチルまたは酢酸を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。
臭素原子を含む化合物が臭化水素酸またはその塩である請求項１〜４のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。
臭素原子を含む化合物が四臭化炭素、または臭素、または臭素水である請求項１〜４のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。
一般式（１）で表される化合物が３−クロロオルトキシレンである請求項１〜６のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。
一般式（１）で表される化合物が４−クロロオルトキシレンである請求項１〜６のいずれか１項に記載のハロゲン化フタル酸化合物の製造方法。